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縦渦構造の吸込み操作による流れ場の特徴の解明と摩擦抵抗軽減の試み

阐明流场特性并尝试通过纵向涡结构的抽吸操作减少摩擦阻力

基本信息

批准号：
21K04283
负责人：
渡辺勝利
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tokuyama College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は，壁乱流において縦渦構造の形成領域を集中させ，その吸込み操作に伴う流れ場の特徴を明らかにすることである．そして，その知見を踏まえて流れの摩擦抵抗軽減を試みることにある．本年度においては，底壁面に縦桟粗度を設置した開水路流れにおいて，蛍光染料注入法による流れの可視化法，PTVによる流速計測法を用いて流れ場の特徴を詳細に検討した．その結果，流れの可視化からは，吸い込み操作無の場合には，縦桟粗度上に縦渦構造が時空間的に安定して形成されることが明らかとなった．一方，吸込み操作有の場合には，縦桟粗度上に形成される縦渦構造が間欠的となり，小規模化することが明らかとなった．流速計測の結果からは，主流速，二次流分布においては，吸い込み操作無の場合には，縦桟粗度上に強い上昇流とその左右に対を成す大規模な旋回流が形成され，上昇流の形成領域は想対的に低速となることが認められた．吸込み操作有の場合にはその強い上昇流と大規模な旋回状の二次流れが消失し，主流速が横断方向に一様となることが認められた．また，乱れの分布においては，吸い込み操作有の場合には無の場合に比べて，水平方向のレイノルズ応力（-uw)の形成領域が縮小し，値の正負の位相が逆転することが明らかとなった．さらに，-uwによる乱れのエネルギーの生成項-uw(dU/dｚ)は吸込み操作無の場合は縦桟粗度上で正値となった．これは，平均流から乱れへとエネルギーが移送されることを示している．一方，吸込み操作有の場合には，乱れエネルギーの生成項が縦桟粗度上で負値となった．これは，乱れから平均流へエネルギーが返還されることを意味しており，非常に興味深い現象と考えられた．

The purpose of this study is to focus the formation area of wall turbulent flow and vortex structure, and to operate the suction and flow field of the wall turbulence.そして, その知见をStep on まえて流れのFriction resistance軽 reduce をtrial みることにある. This year, the thickness of the bottom wall is the same as the thickness of the bottom wall. The flow visualization method, PTV flow velocity measurement method, and the special flow field of PTV are discussed in detail.そのresult, flow れのvisualization からは, suck い込みoperation without のoccasion には, 縦桟 thickness The structure of the upper vortex is stable in time and space, and the formation of the space is stable and stable. On the one hand, there are occasions when the suction operation is performed, and the thickness of the pipe is too high to form a vortex structure, so it can be reduced to a small scale. The result of the flow velocity measurement is correct, the main velocity and secondary flow distribution are correct, the suction operation is not possible, and the upflow is strong due to the thickness of the straw. The formation of large-scale cyclonic circulation around the left and right sides, the formation of upwelling areas, and the formation of low-speed gyrations in the upwelling area. There are situations where the suction operation can cause strong upwelling and large-scale swirling secondary flow to disappear.また, random れのdistribution においては, suck い込み operation has の occasion には no の occasion に比べて, horizontal direction のレイノルズ応力 (-uw)の forming area が shrink し, 夤の positive and negative の phase が inverse 転することが明らかとなった．さらに，-uwによる乱れのエネルギーのgenerated item-uw(dU/dｚ)はsorb込みoperationwithoutのoccasionは縦桟 thickness is the same as the correct value.これは, average flow から乱れへとエネルギーがtransfer されることをshow している. On the one hand, there is an occasion for the suction operation, and the roughness of the generated item is the same as the negative value.これは, the random flow of the average flow へエネルギーが returns the されることをmeaning しており, the very にinteresting deep いphenomenonとtestえられた.